專利名稱：汽車發(fā)動機集中控制裝置的制作方法
專利說明
一、技術領域本實用新型涉及汽車發(fā)動機的控制裝置，特別是一種汽車發(fā)動機集中控制裝置。
二背景技術：
汽車發(fā)動機集中控制裝置擔負發(fā)動機數字電子點火控制(ESA)、電子燃油噴射控制(EFI)、怠速穩(wěn)定控制(ISC)和廢氣再循環(huán)控制(EGR)。該裝置的主要目的是保證發(fā)動機的動力性和燃油經濟性達到最佳，排放污染最小。
數字電子點火單元的控制包括點火提前控制、通電時間控制和爆震控制三個方面，其目的根據發(fā)動機的不同工況產生最佳的點火提前角；電子燃油噴射單元主要作用是根據發(fā)動機的不同工況配制相應空燃比和定量的可燃混合氣供入發(fā)動機氣缸；怠速穩(wěn)定控制單元的功能是自動維持發(fā)動機怠速穩(wěn)定運行，廢氣再循環(huán)控制單元的作用是根據發(fā)動機的不同工況，將一部分廢氣送回發(fā)動機氣缸以有效地減少NOX的排放量。
一般汽車發(fā)動機的點火系統(tǒng)和燃油噴射系統(tǒng)是獨立控制的，高檔次汽車也有使用集中控制方式的，但一般不具備怠速穩(wěn)定控制和廢氣再循環(huán)控制，不具備后備控制功能。但是目前所使用的點火裝置都帶有較大的局限性1、汽車最佳點火提前數據和燃油噴射量不僅與發(fā)動機的基本性能參數、發(fā)動機轉速、負荷、暖機狀態(tài)等有關，同時還與燃油標號、汽車空調、汽車其它用電設備的配置等因素有關。因此汽車點火提前數據和噴油數據具有分散性、非線性和不確定性。目前廣泛用的點火和噴油分離控制，實際上很難達到理想的控制效果。
2、適應性差。汽車發(fā)動機更換或汽車用電器等變更后，不能便于相應改變發(fā)動機控制所需的重要數據，保證發(fā)動機處于最佳狀態(tài)；3、不具備容錯和后備功能。點火裝置出現故障后，只能依靠IC組件產生固定的點火脈沖使汽車勉強運行到修理廠，不能保證汽車的正常運行，而燃油噴射系統(tǒng)出現故障后，更難以保證汽車的運行；4、絕大多數裝置沒有同時具備點火系統(tǒng)、燃油噴射系統(tǒng)、怠速穩(wěn)定控制系統(tǒng)和廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)的自診斷功能；5、不具備通用性和互換性，難以適應不同的點火控制方式和燃油噴射方式；6、裝置的CPU處理能力差，不能適應高級的控制算法。
三
發(fā)明內容
本實用新型的目的旨在提供一種適應性好、通用性強、控制效果好，可同時實現發(fā)動機的數字電子點火控制，電子燃油噴射控制、怠速穩(wěn)定控制和廢氣再循環(huán)控制，處理能力強，具有自診斷和后備控制能力的汽車發(fā)動機集中控制裝置。
本實用新型的目的是這樣來實現的一種汽車發(fā)動機集中控制裝置，包括有模擬信號輸入電路、數字信號輸入電路、控制信號輸出電路，其特點是設有主電子控制單元和從電子控制單元，主、從電子控制單元的模擬信號輸入端和數字信號輸入端分別與模擬信號輸入電路的輸出端和數字信號輸入電路的輸出端連接，控制信號輸出端分別與控制信號輸出電路的輸入端連接，控制信號輸出電路的輸出端輸出的點火脈沖信號和缸序判斷信號、燃油噴射控制的噴油閥控制信號和冷噴油閥控制信號、怠速穩(wěn)定控制的電磁閥脈沖電壓的占空比信號對應并聯連接后與裝置外部的執(zhí)行機構連接，控制信號輸出電路輸出的廢氣再循環(huán)控制的閥脈沖占空比信號直接與執(zhí)行機構連接，主、從電子控制單元的串行外設接口對應連接，主電子控制單元的實時監(jiān)控信號輸入輸出口與從電子控制單元的數據總線連接。
按本實用新型提供的汽車發(fā)動機集中控制裝置，實現了高度的集成化和通用化，可以同時實現發(fā)動機的數字電子點火控制、電子燃油噴射控制、怠速穩(wěn)定控制和廢氣再循環(huán)控制。數字信號處理器處理能力強，運行速度快，可采用高級點火提前角控制算法。采用了主、從電子控制單元ECU的雙控制單元ECU結構，使其具有自診斷和后備控制功能。主ECU正常工作時，從ECU擔任實時監(jiān)控和發(fā)動機集中控制裝置的自診斷任務，以便于系統(tǒng)維修；當主ECU出現故障時，從ECU立即接過發(fā)動機控制權，保證汽車的正常運行。對于不同的發(fā)動機型號、不同的氣缸數和車用電器具的不同配置，不同的點火方式(如帶ESA的電子提前控制的點火系統(tǒng)，無分電器點火系統(tǒng))，不同的電噴控制方式(如MPI與SPI式、D、L與LH型等)，不同的控制策略等，該裝置均可適用，且控制效果好，處理能力強。
四
本實用新型有如下附圖圖1為本實用新型的原理框圖；圖2為本實用新型中主電子控制單元的電路原理圖；圖3為本實用新型中從電子控制單元的電路原理圖。
五具體實施方式
下面參照附圖說明本實用新型的實施方案。如圖1所示，一種汽車發(fā)動機集中控制裝置，包括有模擬信號輸入電路1、數字信號輸入電路2、控制信號輸出電路3、4，其特征在于設有主電子控制單元ECU1和從電子控制單元ECU2，主、從電子控制單元ECU1、ECU2的模擬信號輸入端和數字信號輸入端分別與模擬信號輸入電路1的輸出端和數字信號輸入電路2的輸出端連接，控制信號輸出端分別與控制信號輸出電路3、4的輸入端連接，控制信號輸出電路3、4的輸出端輸出的點火脈沖信號IGt和缸序判斷信號IGda、IGdb、燃油噴射控制的噴油閥控制信號和冷噴油閥控制信號、怠速穩(wěn)定控制的電磁閥脈沖電壓的占空比Rc信號對應并聯連接后與裝置外部的執(zhí)行機構連接，控制信號輸出電路4輸出的廢氣再循環(huán)控制的閥脈沖占空比RG信號直接與執(zhí)行機構連接，主、從電子控制單元ECU1、ECF2的串行外設接口對應連接，主電子控制單元ECU1的實時監(jiān)控信號輸入輸出口與從電子控制單元ECU2的數據總線連接。
主電子控制單元ECU1由數字信號處理器DSP、擴展的定時器U8、接口芯片鎖存器U7和與非門U7A構成的擴展四位鍵盤、擴展的二位顯示器電路U9A、U9B、鎖存器U10A與或門U11A及鎖存器U10B與或門U11B構成的主、從電子控制單元ECU1、ECU2共用的數字信號輸入接口和輸出接口、JK觸發(fā)器U2D組成，主、從電子控制單元的共用數字信號輸入接口中鎖存器U10A的輸入端D1-D4口和JK觸發(fā)器U2D的輸入端6腳分別與數字信號輸入電路2的輸出端輸出的起動停止信號、爆震信號、G1、G2、和Ne信號連接，鎖存器U10A的D0口與數字信號處理器DSP1的106腳連接，并通過數據總線與從電子控制元ECU2中的數字信號處理電路DSP2數據總線連接，共用輸入接口中的或門U11A的一個輸入端與從電子控制單元中的數字信號處理器DSP2的A9腳連接，主從電子控制單元的共用數字信號輸出接口中鎖存器U10B的輸出端D0-D3口與控制信號輸出電路3的輸入端連接，共用數字信號輸出接口的或門U11B的一個輸入端與從電子控制單元的數字信號處理器DSP2的A11腳連接，數字電路輸入電路2輸出的R-P信號、IDL信號、空調開關信號、點火確認信號IGf與數字信號處理器DSP1的73、70、69、68腳連接，模擬信號輸入電路1輸出的水溫傳感器、負荷、氧傳感器、進氣溫度傳感器，蓄電池電壓模擬信號分別與數字信號處理器DSP1的A/D轉換輸入端口74-78腳連接，點火控制信號輸出端數字信號處理器DSP1的106、107、109腳與控制信號輸出電路3的輸入端連接，主電子控制單元ECU1中的數字信號處理器DSP1的串行外設接口45、48、49、51腳與從電子控制單元ECU2中的數字信號處理器DSP2的串行外設接口45、48、49、51腳對應連接，如圖2所示。
從電子控制單元ECU2由數字信號處理器DSP2、擴展的定時器U18、接口芯片鎖存器U17和與非門U20A構成的擴展四位鍵盤、擴展的兩位顯示器U19A、U19B、JK觸發(fā)器U12D組成，數字信號輸入電路2輸出的R-P信號、IDL信號、空調開關信號、點火確認信號IGf分別與數字信號處理器DSP2的73、70、69、68腳連接，Ne信號經JK觸發(fā)器U12D與數字信號處理器DSP2的捕捉單元輸入端口64、67腳連接，模擬信號輸入電路1輸出的水溫傳感器、負荷、氧傳感器、進氣溫度傳感器、蓄電池電壓模擬信號分別與數字信號處理器DSP2的A/D轉換輸入端口74-78腳連接，點火控制信號輸出端數字信號處理器DSP2的106、107、109腳與控制信號輸出電路4的輸入端連接，數字信號處理器DSP2的A9口、A11口分別與主電子控制單元ECU1中的主、從電子控制單元共用的數字信號輸入接口中的或門U11A輸入端連接和輸出接口的或門U11B輸入端連接，數字信號處理器DSP2的串行外設接口45、48、49、51腳與主電子控制單元ECU1中數字信號處理器(DSP1)的串行外設接口45、48、49、51腳連接，如圖3所示。
在主電子控制單元ECU1中還設有與門U4A、非門U6C及9線插座DB9構成的通用串口U6與外部計算機PC連接，如圖2所示。經通用串口U6實現與PC機通訊，進行系統(tǒng)軟件升級，重要數據更新和在線系統(tǒng)仿真。
本實用新型采用主、從電子控制單元形成雙控制單元結構，具有自診斷和后備控制功能。主電子控制單元ECU1主要用于完成信號的采集處理，實現發(fā)動機的電子點火控制ESA、電子燃油噴射控EFI和怠速穩(wěn)定控制ISC，系統(tǒng)在線監(jiān)測，以及實現與PC機通訊。從電子控制單元ECU2主要實現廢氣再循環(huán)控制EGR、系統(tǒng)在線監(jiān)測、自診斷和后備控制功能。從ECU2一方面對主ECU1、點火組件等實施監(jiān)測，當主ECU1單元正常工作時，從ECU2單元擔任實時監(jiān)測和發(fā)動機集中控制裝置的自診斷任務，當主ECU1單元出現故障時，從ECU2單元放棄對主ECU1的監(jiān)測，立即接過對發(fā)動機的控制權；另一方面，將廢氣再循環(huán)率控制在5％-20％的范圍，啟動自診斷程序，從ECU2可完成對發(fā)動機控制系統(tǒng)的故障診斷，主、從ECU可通過二位顯示器顯示故障代碼。
ESA控制由爆震傳感器構成反饋通道，組成間接閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用集成點火組件完成通電時間控制、恒電流控制、一次電流上升率控制等功能。ECU根據發(fā)動機轉速和負荷，從存儲器的數據中找到相應的基本點火提前角，再根據有關傳感器信號值加以修正，得出實際點火提前角。執(zhí)行機構采用的是集成點火組件。點火組件由完成閉合角控制、恒電流控制、過電壓保護、停車斷電保護等功能，并能通過缸序判別信號IGda、IGdb把點火信號IGt送往相應的點火驅動電路，產生點火確認信號IGf。
EFI閉環(huán)控制，由燃油供給系、進氣系和控制系組成?？刂葡蹈鶕鞲衅魉鶛z測的發(fā)動機工況參數，確定最佳的噴油量，并進行必要的α、KAS、KAI、KTW、KMR、KFC、TS等修正，確定最佳噴油持續(xù)時間To，以保持混合氣濃度在規(guī)定的范圍內。當冷卻水溫過低時，啟動冷噴油器。
故障自診斷采取兩種方式進行自診斷一是發(fā)動機工作時，對主從DSP、點火組件、凸輪位置傳感器件進行在線監(jiān)測，如果出現故障或傳感器信號超過規(guī)定范圍，自診斷系統(tǒng)立即報警，并采取相應處理措施。如果主DSP1發(fā)生故障，從DSP2立即接過對發(fā)動機的控制權；二是可以在怠速狀態(tài)下啟動自診斷程序，對系統(tǒng)進行全面的診斷。無論采用什么診斷方式，自診斷系統(tǒng)都能將故障以代碼的形式儲存在ECU內，并可顯示故障代碼。
ISC控制采用轉速負反饋控制方式，即把發(fā)動機的實際轉速與由發(fā)動機冷卻水溫、空調壓縮機負載等因素決定的目標轉速進行比較，并通過執(zhí)行機構修正發(fā)動機轉速，使之達到目標轉速。
EGR控制從ECU根據各傳感器信號，如水溫、曲軸、點火開關等信號，確定發(fā)動機當前工況，控制EGR閥脈沖占空比RG，以調節(jié)進入VCM閥負壓室的空氣量，得到控制EGR閥不同開度所需各種真空度，從而獲得所需的廢氣再循環(huán)EGR率。
權利要求1.一種汽車發(fā)動機集中控制裝置，包括有模擬信號輸入電路(1)、數字信號輸入電路(2)、控制信號輸出電路(3、4)，其特征在于設有主電子控制單元(ECU1)和從電子控制單元(ECU2)，主、從電子控制單元(ECU1、ECU2)的模擬信號輸入端和數字信號輸入端分別與模擬信號輸入電路(1)的輸出端和數字信號輸入電路(2)的輸出端連接，控制信號輸出端分別與控制信號輸出電路(3、4)的輸入端連接，控制信號輸出電路(3、4)的輸出端輸出的點火脈沖信號(IGt)和缸序判斷信號(IGda、IGdb)、燃油噴射控制的噴油閥控制信號和冷噴油閥控制信號、怠速穩(wěn)定控制的電磁閥脈沖電壓的占空比(Rc)信號對應并聯連接后與裝置外部的執(zhí)行機構連接，控制信號輸出電路(4)輸出的廢氣再循環(huán)控制的閥脈沖占空比(RG)信號直接與執(zhí)行機構連接，主、從電子控制單元(ECU1、ECF2)的串行外設接口對應連接，主電子控制單元(ECU1)的實時監(jiān)控信號輸入輸出口與從電子控制單元(ECU2)的數據總線連接。
2.按權利要求1所述的汽車發(fā)動機集中控制裝置，其特征在于主電子控制單元(ECU1)由數字信號處理器(DSP)、擴展的定時器(U8)、接口芯片鎖存器(U7)和與非門(U7A)構成的擴展四位鍵盤、擴展的二位顯示器電路(U9A、U9B)、鎖存器(U10A)與或門(U11A)及鎖存器(U10B)與或門(U11B)構成的主、從電子控制單元(ECU1、ECU2)共用的數字信號輸入接口和輸出接口、JK觸發(fā)器(U2D)組成，主、從電子控制單元的共用數字信號輸入接口中鎖存器(U10A)的輸入端D1-D4口和JK觸發(fā)器(U2D)的輸入端6腳分別與數字信號輸入電路(2)的輸出端輸出的起動停止信號、爆震信號、G1、G2和Ne信號連接，鎖存器(U10A)的D0口與數字信號處理器(DSP1)的106腳連接，并通過數據總線與從電子控制元(ECU2)中的數字信號處理電路(DSP2)數據總線連接，共用輸入接口中的或門(U11A)的一個輸入端與從電子控制單元中的數字信號處理器(DSP2)的A9腳連接，主從電子控制單元的共用數字信號輸出接口中鎖存器(U10B)的輸出端D0-D3口與控制信號輸出電路(3)的輸入端連接，共用數字信號輸出接口的或門(U11B)的一個輸入端與從電子控制單元的數字信號處理器(DSP2)的A11腳連接，數字電路輸入電路(2)輸出的R-P信號、HDL信號、空調開關信號、點火確認信號IGf與數字信號處理器(DSP1)的73、70、69、68腳連接，模擬信號輸入電路(1)輸出的水溫傳感器、負荷、氧傳感器、進氣溫度傳感器，蓄電池電壓模擬信號分別與數字信號處理器(DSP1)的A/D轉換輸入端口74-78腳連接，點火控制信號輸出端數字信號處理器(DSP1)的106、107、109腳與控制信號輸出電路(3)的輸入端連接，主電子控制單元(ECU1)中的數字信號處理器(DSP1)的串行外設接口45、48、49、51腳與從電子控制單元(ECU2)中的數字信號處理器(DSP2)的串行外設接口45、48、49、51腳對應連接。
3.按權利要求1所述的汽車發(fā)動機集中控制裝置，其特征在于從電子控制單元(ECU2)由數字信號處理器(DSP2)、擴展的定時器(U18)、接口芯片鎖存器(U17)和與非門(U20A)構成的擴展四位鍵盤、擴展的兩位顯示器(U19A、U19B)、JK觸發(fā)器(U12D)組成，數字信號輸入電路(2)輸出的R-P信號、IDL信號、空調開關信號、點火確認信號IGf分別與數字信號處理器(DSP2)的73、70、69、68腳連接，Ne信號經JK觸發(fā)器(U12D)與數字信號處理器(DSP2)的捕捉單元輸入端口64、67腳連接，模擬信號輸入電路(1)輸出的水溫傳感器、負荷、氧傳感器、進氣溫度傳感器、蓄電池電壓模擬信號分別與數字信號處理器(DSP2)的A/D轉換輸入端口74-78腳連接，點火控制信號輸出端數字信號處理器(DSP2)的106、107、109腳與控制信號輸出電路(4)的輸入端連接，數字信號處理器(DSP2)的A9腳、A11腳分別與主電子控制單元(ECU1)中的主、從電子控制單元共用的數字信號輸入接口中的或門U11A輸入端連接和輸出接口的或門U11B輸入端連接，數字信號處理器(DSP2)的串行外設接口45、48、49、51腳與主電子控制單元(ECU1)中數字信號處理器(DSP1)的串行外設接口45、48、49、51腳連接。
4.按權利要求1或2所述的汽車發(fā)動機集中控制裝置，其特征在于在主電子控制單元(ECU1)中還設有與門U4A、非門(U6C)及9線插座(DB9)構成的通用串口(U6)與外部計算機PC連接。
專利摘要本實用新型涉及一種汽車發(fā)動機集中控制裝置，包括有模擬信號輸入電路、數字信號輸入電路、控制信號輸出電路，其特點是設有主電子控制單元和從電子控制單元，主、從電子控制單元的模擬信號輸入端和數字信號輸入端分別與模擬信號輸入電路的輸出端和數字信號輸入電路的輸出端連接，控制信號輸出端分別與控制信號輸出電路的輸入端連接，控制信號輸出電路的輸出端輸出的信號對應并聯連接后與裝置外部的執(zhí)行機構連接，控制信號輸出電路輸出的廢氣再循環(huán)控制的閥脈沖占空比信號直接與執(zhí)行機構連接，主、從電子控制單元的串行外設接口對應連接，主電子控制單元的實時監(jiān)控信號輸入輸出口與從電子控制單元的數據總線連接。
文檔編號F02D43/00GK2600603SQ0323353
公開日2004年1月21日 申請日期2003年3月14日 優(yōu)先權日2003年3月14日
發(fā)明者陳渝光, 肖蕙蕙, 張志遠, 周鵬, 胡新宇 申請人:重慶工學院